(57)【要約】【課題】マグネトロンスパッタリング装置においてターゲット利用効率を向上させる。【解決手段】方形状のターゲット１５を用いる場合にあって、カソード筐体１６内の磁界形成部５０を、ターゲット１５の平面形状に対応した平板状のヨーク５１に対して３本の永久磁石５２，５３，５４を平行に併設・固定した構成とし、中央の永久磁石５２と両側部の各永久磁石５３，５４における上面側の極性を異なる極性とする。また、磁界形成部５０はヨーク５１の側面の中央に穿設した軸支用の孔５５で回動自在に支持されている。スパッタリングを行う際には揺動駆動装置５６によって磁界形成部５０を揺動させて、ターゲット１５の表面上に形成されている磁界を左右へ移動させる。磁界の移動によってプラズマ収束部も移動し、ターエゲット１５のエロージョン状態が均一になるために、ターゲット利用効率が向上する。【選択図】図１
2005336520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、基板を保持するアノード電極と、前記真空チャンバと電気的に絶縁されており、前記アノード電極に対向する位置に配置されたカソード電極と、前記カソード電極における前記アノード電極との対向面に配置されたターゲットとを収容すると共に、前記ターゲットの表面上に磁界を形成するための磁界形成部を前記カソード電極の前記ターゲット配置側とは反対側の面の近傍に配置した構成からなり、前記カソード電極に電力を供給することにより、前記ターゲットの表面付近にプラズマを発生させて前記ターゲットをスパッタリングし、そのスパッタ粒子を前記アノード電極が保持した前記基板の表面に堆積させて薄膜の成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置において、
前記ターゲットとして方形状の平板が用いられ、
前記磁界形成部が、前記ターゲットに対応した平面形状を有し、中央部に配置した帯状の磁極と両側部に配置した帯状の磁極によって前記ターゲットの表面上に磁界を形成させる構成を備えており、
前記磁界形成部のほぼ中心位置を通過し、前記磁界の磁力線に対して垂直で、且つ前記ターゲットに対して平行な関係にある直線を軸として、前記磁界形成部を一定角度で揺動させる手段を設けた
ことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
前記磁界形成部が、中央部の磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積を、両側部の各磁極の端面における磁界強度の平均値と各磁極の端面の面積和との積よりも大きく設定したものである請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
真空チャンバ内に、基板を保持するアノード電極と、前記真空チャンバと電気的に絶縁されており、前記アノード電極に対向する位置に配置されたカソード電極と、前記カソード電極における前記アノード電極との対向面に配置されたターゲットとを収容すると共に、前記ターゲットの表面上に磁界を形成するための磁界形成部を前記カソード電極の前記ターゲット配置側とは反対側の面の近傍に配置した構成からなり、前記カソード電極に電力を供給することにより、前記ターゲットの表面付近にプラズマを発生させて前記ターゲットをスパッタリングし、そのスパッタ粒子を前記アノード電極が保持した前記基板の表面に堆積させて薄膜の成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置において、
前記ターゲットとして円形状の平板が用いられ、
前記磁界形成部が、前記ターゲットより小さい円板状の平面形状を有し、外周に沿って配置した環状磁極とその内側に配置した内側磁極とによって前記ターゲットの表面上に磁界を形成させるものであって、前記内側磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積が、前記環状磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積よりも大きく設定された構成を備えており、
前記磁界形成部と前記ターゲットとの距離を一定に保った状態で、前記磁界形部を自転させながら公転させる手段を設けた
ことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
前記ターゲットの面に対して、前記内側磁極の磁極面と前記環状磁極の磁極面とが同一方向へ傾斜せしめられている請求項３のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
前記内側磁極が前記環状磁極の中心位置からずれた位置に配置されている請求項３のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
前記磁界形成部がその自転軸に対して傾斜して取り付けられている請求項３のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
真空チャンバ内に、基板を保持するアノード電極と、前記真空チャンバと電気的に絶縁されており、前記アノード電極に対向する位置に配置されたカソード電極と、前記カソード電極における前記アノード電極との対向面に配置されたターゲットとを収容すると共に、前記ターゲットの表面上に磁界を形成するための磁界形成部を前記カソード電極の前記ターゲット配置側とは反対側の面の近傍に配置した構成からなり、前記カソード電極に電力を供給することにより、前記ターゲットの表面付近にプラズマを発生させて前記ターゲットをスパッタリングし、そのスパッタ粒子を前記アノード電極が保持した前記基板の表面に堆積させて薄膜の成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置において、
前記磁界形成部が、前記ターゲットに対応した平面形状を有し、中央部に配置された第１磁極と、最外周部に沿って環状に配置されて前記第１磁極と同一極性である第２磁極と、前記第１磁極と前記第２磁極の間に環状に配置されて前記各磁極と逆極性である第３磁極とによって前記ターゲットの表面上に磁界を形成させるものであって、前記第３磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積が、前記第１磁極と前記第２磁極の各端面における磁界強度の平均値とそれら端面の面積の和との積より大きく設定された構成を備えている
ことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記ターゲットと前記磁界形成部との距離を変更できるように、前記磁界形成部を移動する手段を設けた請求項７に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネトロンスパッタリング装置に係り、特に、高いスパッタリング効率を確保しながらエロージョン領域を拡げることを可能にして、ターゲット利用効率の向上を図るための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置は導電性膜や誘電体膜や半導体膜等の各種薄膜成形のために用いられてきているが、特に、マグネトロンスパッタリング装置は高密度のプラズマをターゲット近傍に閉じ込めることで高い成膜速度が確保でき、また、高真空の圧力領域で安定したプラズマを形成できて不純物の混入も少ないことから薄膜成形の分野で主流を成している。
【０００３】
そして、一般的なマグネトロンスパッタリング装置としては、従来から図１９に示すような構成が採用されている。
先ず、真空チャンバ１０には、真空ポンプ（図示せず）に連結された排気口１１と不活性ガスを導入するガス導入路１２が連結されており、ガス導入路１２には流量調節弁１２aが設けられている。
真空チャンバ１０内には、表面に薄膜を成膜する基板１３を保持するための基板ホルダを兼ねたアノード電極１４が設けられていると共に、そのアノード電極１４に対向させてターゲット１５を載置・固定させるカソード筐体１６が配置されている。
また、カソード筐体１６に対してはインピーダンス整合器１８を介して高周波電源１９が接続されていると共に、その高周波電源１９と真空チャンバ１０が接地された回路構成になっている。
【０００４】
前記カソード筐体１６は、筒部１６aとターゲット保持部１６bとからなり、真空チャンバ１０に構成されているカソードシールド部１０aの内側に絶縁材１７を介して配置されていると共に、カソードシールド部１０aにおける真空チャンバ１０内への開放領域にターゲット１５を露出させるようになっている。
また、カソード筐体１６の内側におけるターゲット１５に近い位置には磁界形成部２０が設けられており、ターゲット１５の表面上に磁界を形成するようになっている。
この場合には、ターゲット１５が方形状の平板であるために、磁界形成部２０は前記ターゲット１５に対応した平面サイズの平板状ヨーク２１に３個のブロック状の永久磁石２２,２３，２４を平行な関係で併設・固定した構成からなり、中央の永久磁石２２はターゲット保持部１６bとの対向側がＮ極に、両側部の永久磁石２３，２４はターゲット保持部１６bとの対向側がＳ極になっている。
尚、ターゲット１５が円板である場合には、円板状ヨーク２１の中央に柱状の永久磁石２２を、その周囲に環状の永久磁石（２３＝２４）を固定したものとなる。
【０００５】
次に、このマグネトロンスパッタリング装置の動作状態について説明する。
先ず、高周波電源１９からカソード筐体１６に電力が供給されると、カソード電極となるターゲット保持部１６bとアノード電極１４との間に放電が生じ、真空チャンバ１０内にプラズマが発生せしめられる。
真空チャンバ１０内にプラズマ中の正イオンはターゲット１５の表面を衝撃してターゲット１５の原子を飛散させ、その原子がアノード電極１４側に保持されている基板１３の表面上に膜となって堆積する。
その場合、プラズマは磁界形成部２０がターゲット１５の表面近傍に構成している磁界（マグネトロン領域）に収束し、その収束による高密度化によってスパッタリング効率を向上させることができて成膜速度の高速化が図れることになる。
【０００６】
ところで、前記のような一般的なマグネトロンスパッタリング装置においては、プラズマを閉じ込める磁界がターゲット１５の表面の一部に固定的に形成されるため、必然的にその部分にエロージョンが集中してしまう。
その結果、図２０に示すように、ターゲット１５におけるエロージョンが集中した部分的領域にのみ深い侵食部分２５，２６が発生し、他の部分が十分な厚みで残っているにも拘わらず交換を余儀なくされることになり、ターゲット利用効率があまり良くなかった。
【０００７】
そして、前記のエロージョンの集中に関する問題に対しては様々な改善策が考案されており、例えば次のような提案がなされている。
（１）  下記特許文献１では、特殊な構造の磁気回路を設計し、ターゲットの表面上に強いトロイダル磁界を構成してスパッタリング効率を向上させる提案がなされている。
（２）  下記特許文献２では、図２１（ターゲット１５が円板状の場合）に示すように、磁界形成部３０をターゲット１５のサイズよりも小さく構成しておき、磁界形成部３０を回転台３１の上に固定し、磁界形成部３０をカソード筐体１６の内部でターゲット１５と平行に保ちながら、ターゲット１５の中心に立てた垂線の回りに回転させることによりエロージョン領域の均一化を図っている。尚、ターゲット１５が方形状の場合には、磁界形成部３０を往復移動させることで、同様の効果が得られる。
（３）  下記特許文献３では、図２２に示すように、磁界形成部４０全体がヨーク４１の下側に取り付けた支持棒４１によって上下方向へ移動できるようになっており、また中央の永久磁石４２を外周側の環状の永久磁石４３よりも強力に着磁しておき、磁力線を外周側へ偏らせた構成を採用している。
この提案によれば、ターゲット１５の表面に対して磁力線が外側へ拡がった態様で構成されるため、ターゲット１５の面上におけるプラズマの最収束領域は磁界形成部４０とターゲット１５との距離が大きくなるほど外側へ移動することになる。従って、磁界形成部４０を上下へ移動させることにより、プラズマ収束領域を半径方向に移動させてエロージョン領域の大幅な拡大を図ることができる。
尚、ここでは、ターゲット１５の平面形状が円である場合について説明したが、方形である場合には、中央と両側部に永久磁石を配設し、中央の永久磁石を両側部の永久磁石よりも強力に着磁することになる。
【０００８】
【特許文献１】実開平０５−２０３０３号公報
【特許文献２】特開平０５−１７９４４１号公報
【特許文献３】特開２００２−６９６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１の提案では、磁気回路の構造が複雑になり、また磁界の基本的構成は図１９に示したものと同様であるため、図２０に示したようなエロージョンの部分的集中が生じてターゲット利用効率を向上させる上ではそれほど有効ではない。
前記特許文献２の提案（図２１）によると、磁界形成部３０を小型化してターゲット１５の周方向へ回転させることで、図２３に示すように、図２０のエロージョン状態と比較してエロージョン領域をターゲット１５の中央部分３５と周縁部分３６に拡げて均一化が図られている。従って、ターゲット利用効率はある程度改善できるが、半径区間でみるとその中間部分３７でのエロージョン量が小さくなっており、図１９の装置による場合（図２０の結果）と比較しても、スパッタリング効率としてはせいぜい５０％程度までしか改善できない。
前記特許文献３の提案（図２２）によると、ターゲット１５の表面に対して平行になる磁力線がより多く構成され、更にその磁力線によるプラズマ収束領域を半径方向に移動させることで、図２０に示したターゲット１５のエロージョン状態と比較して、図２５に示すように中央部分４５以外の部分、特に周縁部分４６のエロージョンが大きくなり、スパッタリング効率を大幅に向上させることができる。しかし、中央部分４５については図２０の状態と殆ど同じであり、ターゲット利用効率の改善については有効でない。
【００１０】
そこで、本発明は、高いスパッタリング効率を実現しながら、ターゲットのエロージョンが可能な限り均一に行われるように改良したマグネトロンスパッタリング装置を提供し、以ってスパッタリング効率と共にターゲット利用効率を向上させることを目的として創作された。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、真空チャンバ内に、基板を保持するアノード電極と、前記真空チャンバと電気的に絶縁されており、前記アノード電極に対向する位置に配置されたカソード電極と、前記カソード電極における前記アノード電極との対向面に配置されたターゲットとを収容すると共に、前記ターゲットの表面上に磁界を形成するための磁界形成部を前記カソード電極の前記ターゲット配置側とは反対側の面の近傍に配置した構成からなり、前記カソード電極に電力を供給することにより、前記ターゲットの表面付近にプラズマを発生させて前記ターゲットをスパッタリングし、そのスパッタ粒子を前記アノード電極が保持した前記基板の表面に堆積させて薄膜の成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置において、前記ターゲットとして方形状の平板が用いられ、前記磁界形成部が、前記ターゲットに対応した平面形状を有し、中央部に配置した帯状の磁極と両側部に配置した帯状の磁極によって前記ターゲットの表面上に磁界を形成させる構成を備えており、前記磁界形成部のほぼ中心位置を通過し、前記磁界の磁力線に対して垂直で、且つ前記ターゲットに対して平行な関係にある直線を軸として、前記磁界形成部を一定角度で揺動させる手段を設けたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置に係る。
この発明は、方形状のターゲットを用いる場合に適用され、磁界形成部自体の構成は従来技術の図１９で示したものと同様であるが、磁界形成部を揺動させるようにしたことにより、ターゲットの表面上に形成される磁界を左右へ移動させることができる。
従って、ターゲットの表面のエロージョン状態を均等化でき、ターゲット利用効率を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明は、前記第１の発明において、磁界形成部が、中央部の磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積を、両側部の各磁極の端面における磁界強度の平均値と各磁極の端面の面積和との積よりも大きく設定したマグネトロンスパッタリング装置に係る。
この発明の磁界形成部によれば、中央部の磁極の端面での総磁力線数は両側部の各磁極の端面の総磁力線数よりも大きくなり、磁力線が両側部の各磁極の外側へ廻り込む傾向が生じて磁界全体が外側へ偏った構成となる。
従って、上記特許文献３の場合と同様に、プラズマの最収束領域は磁界形成部とターゲットとの距離が大きくなるほど外側へ移動することになる。
そして、第１の発明と同様に磁界形成部が揺動せしめられることで、ターゲットの表面のエロージョン領域が更に外側に拡がり、スパッタリング効率とターゲット利用効率の更なる向上が図れる。
【００１３】
第３の発明は、真空チャンバ内に、基板を保持するアノード電極と、前記真空チャンバと電気的に絶縁されており、前記アノード電極に対向する位置に配置されたカソード電極と、前記カソード電極における前記アノード電極との対向面に配置されたターゲットとを収容すると共に、前記ターゲットの表面上に磁界を形成するための磁界形成部を前記カソード電極の前記ターゲット配置側とは反対側の面の近傍に配置した構成からなり、前記カソード電極に電力を供給することにより、前記ターゲットの表面付近にプラズマを発生させて前記ターゲットをスパッタリングし、そのスパッタ粒子を前記アノード電極が保持した前記基板の表面に堆積させて薄膜の成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置において、前記ターゲットとして円形状の平板が用いられ、前記磁界形成部が、前記ターゲットより小さい円板状の平面形状を有し、外周に沿って配置した環状磁極とその内側に配置した内側磁極とによって前記ターゲットの表面上に磁界を形成させるものであって、前記内側磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積が、前記環状磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積よりも大きく設定された構成を備えており、前記磁界形成部と前記ターゲットとの距離を一定に保った状態で、前記磁界形部を自転させながら公転させる手段を設けたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置に係る。
この発明は、円板状のターゲットを用いる場合に適用され、磁界形成部はターゲットよりも小さい円板状の平面形状を有し、ターゲットとの距離を一定に保った状態で自転しながら公転するようになっている。
また、磁界形成部は環状磁極と内側磁極によって構成されているが、各磁極に関する着磁上の条件については第２の発明に準じたものになっており、磁力線は環状磁極の外周面へ廻り込む傾向が生じて磁界全体が外周側へ偏った構成となる。
従って、ターゲットの表面上でのプラズマの最収束領域は磁界形成部の平面形状の範囲より外側へ拡げた状態となり、磁界形成部の自転・公転によって前記プラズマの収束領域も自転・公転し、ターゲットの表面全体に均一なエロージョンが進行することになって、ターゲット利用効率の向上が図れる。
尚、内側磁極と環状磁極の磁極面を同一方向へ傾斜せしめておく方式や、内側磁極を環状磁極の中心位置からずれた位置に配置させる方式や、磁界形成部をその自転軸に対して傾斜して取り付ける方式を採用することにより、エロージョンの均等化を良好にすることができる。
【００１４】
第４の発明は、真空チャンバ内に、基板を保持するアノード電極と、前記真空チャンバと電気的に絶縁されており、前記アノード電極に対向する位置に配置されたカソード電極と、前記カソード電極における前記アノード電極との対向面に配置されたターゲットとを収容すると共に、前記ターゲットの表面上に磁界を形成するための磁界形成部を前記カソード電極の前記ターゲット配置側とは反対側の面の近傍に配置した構成からなり、前記カソード電極に電力を供給することにより、前記ターゲットの表面付近にプラズマを発生させて前記ターゲットをスパッタリングし、そのスパッタ粒子を前記アノード電極が保持した前記基板の表面に堆積させて薄膜の成膜を行うマグネトロンスパッタリング装置において、前記磁界形成部が、前記ターゲットに対応した平面形状を有し、中央部に配置された第１磁極と、最外周部に沿って環状に配置されて前記第１磁極と同一極性である第２磁極と、前記第１磁極と前記第２磁極の間に環状に配置されて前記各磁極と逆極性である第３磁極とによって前記ターゲットの表面上に磁界を形成させるものであって、前記第３磁極の端面における磁界強度の平均値とその端面の面積との積が、前記第１磁極と前記第２磁極の各端面における磁界強度の平均値とそれら端面の面積の和との積より大きく設定された構成を備えていることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置に係る。
この発明は、方形状又は円板状のターゲットのいずれにも適用することができるものであり、中央の磁極（第１磁極）の周囲に二重に環状磁極（第２磁極と第３磁極）が配置されており、第３磁極と第１磁極の間及び第３磁極と第２磁極の間に磁界を形成するようになっている。
また、第３磁極は第１磁極と第２磁極よりも強力に着磁されており、第３磁極に対する第１磁極と第２磁極の関係は、前記第２及び第３の発明における磁極相互間の関係と同様に、第１磁極の内側へ偏った磁界と第２磁極の外側へ偏った磁界が形成され、プラズマ収束領域を大きく確保できるようになっていると共に、エロージョンの進行に伴ってターゲットの面と各磁極の端面の距離が小さくなるとプラズマ収束領域が移動するため、それに伴ってエロージョンの領域も移動する。
更に、第２の発明に係る磁界形成部と同一サイズの磁界形成部であるとしても、各磁極間の距離は短いために磁束密度が高くなり、プラズマ収束領域ではより強力なエロージョンが発生する。
従って、スパッタリング効率とターゲット利用効率の向上が図れる。
【００１５】
第５の発明は、前記第４の発明において、前記ターゲットと前記磁界形成部との距離を変更できるように、前記磁界形成部を移動する手段を設けたマグネトロンスパッタリング装置に係る。
これは、第４の発明に対して上記特許文献３の技術を組み合わせたものであり、ターゲットと磁界形成部との距離を変更することによってプラズマの最収束領域を移動させることができ、ターゲットのエロージョン状態の拡大と均等化を図ってターゲット利用効率を更に向上させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、マグネトロンスパッタリング装置において、高いスパッタリング効率を確保しながら、ターゲット表面に対するエロージョンを均等に進行させ、それによってターゲット利用効率の向上を図ることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の各実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
但し、以下の各実施例の装置において、真空チャンバ１０とカソード筐体１６の構成は全て従来技術の図１９において説明したものと同様であり、磁界形成部の構成が異なっているだけ、又は磁界形成部に対して駆動手段が設けられる点に特徴がみられるだけである。
従って、各実施例においては、真空チャンバ１０とカソード筐体１６の説明は省略し、主にカソード筐体１６内の磁界形成部の構成とそれを駆動手段が存在する場合にはその機構について説明する。
また、各実施例における効果はターゲット１５のエロージョン状態となって現われるが、カソード筐体１６に保持させたターゲット１５は図１９の装置で用いたものと同一素材で同一の平面サイズ・厚みであるとする。
【実施例１】
【００１８】
先ず、図１はこの実施例装置の概略的構成を示す断面図である。
この実施例における磁界形成部５０の基本的構成は図１９で用いたものと同様である。即ち、ターゲット１５が方形板であり、磁界形成部５０は、その平面形状に対応した平板状のヨーク５１に対して３個のブロック状の永久磁石５２,５３，５４を平行に併設・固定した構成からなり、この実施例では、中央の永久磁石５２はターゲット保持部１６bとの対向側がＮ極に、両側部の永久磁石５３，５４はターゲット保持部１６bとの対向側がＳ極に設定されている。
【００１９】
この実施例の特徴は、磁界形成部５０がヨーク５１の側面の中心位置に穿設した孔５５で回動自在に軸支されており、揺動駆動装置５６によって孔５５を回動中心として左右に所定角度だけ揺動せしめられる点にある。
具体的には、図２（Ａ）〜（Ｃ），（Ｄ）に示すように、磁界形成部５０の上側には中央の永久磁石５２と両側部の永久磁石５３，５４との間の磁力線によって磁界が構成されるが、図２（Ａ）の中立状態ではターゲット１５の表面上に図１９の場合と同様の磁界が形成され、図２（Ｂ）のように左側へ回転・傾斜せしめられた状態では、永久磁石５２と永久磁石５３の間の磁界がターゲット１５の表面の左縁寄りへ移動すると共に、永久磁石５２と永久磁石５４の間の磁界がターゲット１５の表面の中心寄りへ移動し、図２（Ｃ）のように磁界形成部５０が右側へ回転・傾斜せしめられた状態では、永久磁石５２と永久磁石５４の間の磁界がターゲット１５の表面の右縁寄りへ移動すると共に、永久磁石５２と永久磁石５３の間の磁界がターゲット１５の表面の中心寄りへ移動する。
【００２０】
従って、スパッタリング動作中に揺動駆動装置５６で磁界形成部５０を揺動させておけば、プラズマ収束領域もターゲット１５の表面を前記のように移動し、それによってターゲット１５のエロージョン領域が左右に往復することになる。
その結果、この実施例によるターゲット１５のエロージョン状態は図３において実線で示すような状態となり、従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置（図１９）による同一時間でのエロージョン状態（図２０；図３では二点鎖線）と比較すると、左右の縁部領域５７，５８と中央領域５９でのエロージョンが大きく進行しており、全体的に均一なエロージョン状態が得られている。
これは、この実施例装置によれば、スパッタリング効率を向上させることができると共に、ターゲット利用効率の大幅な改善が図れることを意味する。
尚、この実施例では、永久磁石５２と永久磁石５３，５４はターゲット保持部１６bとの対向側がそれぞれＮ極とＳ極になっているが、プラズマ収束領域は極性の相違に影響は受けないため、それらの極性は逆になっていても同様の効果を奏する。
【実施例２】
【００２１】
この実施例装置における磁界形成部の構成は実施例１のものと同様であるが、磁界形成部における中央の永久磁石に係るＮ極端面（上面）の磁界強度と両側部の永久磁石に係るＳ極端面（上面）の磁界強度が従来技術に係る特許文献３の提案（図２２）のように不均衡な関係で設定してある点に特徴がある。
具体的には、図４（Ａ）に示すように、磁界形成部６０は実施例１の場合と同様にヨーク６１と永久磁石６２，６３，６４とからなるが、それらの永久磁石６２，６３，６４は、中央の永久磁石６２の上面での磁界強度の平均値をＨ21、永久磁石６２の上面の面積をＳ21、両側部の各永久磁石６３，６４の上面での磁界強度の平均値をＨ22、各永久磁石６３，６４の上面の面積和をＳ22とした場合に、Ｈ21＊Ｓ21＞Ｈ22＊Ｓ22の関係が成立するように着磁されている。
従って、中央の永久磁石６２の上面から出た磁力線は両側部の各永久磁石６３，６４の外側へ廻り込む傾向がより多くなり、磁界が外側へ偏って構成されている。
【００２２】
そして、実施例１の場合と同様に、ヨーク６１に穿設した孔６５を回動中心として磁界形成部６０を左右に所定角度だけ揺動せしめると、ターゲット１５のターゲット１５の表面上に図４（Ｂ），（Ｃ）に示すような磁界が形成される。
その場合、磁界形成部６０の揺動によって永久磁石６３，６４の一方がターゲット１５から離れると他方がターゲット１５に近づく動作を繰り返すことになるが、ターゲット１５から離れた方の永久磁石（６３又は６４）と永久磁石６２の間に構成された磁界は外側へ大きく移動し、またターゲット１５へ近づいた方の永久磁石（６４又は６３）と永久磁石６２の間に構成された磁界は内側へ移動し、それに伴ってプラズマの最収束領域も外側と内側へそれぞれ移動する。
【００２３】
その結果、プラズマ収束領域をターゲット１５の表面上の両側で左右方向へ移動させながらスパッタリングを行うことができ、実施例１の場合よりもスパッタリング効率とターゲット１５の利用率の向上を図ることができる。
例えば、図５において、ターゲット１５の表面６７は実施例１の装置でスパッタリングを行った場合であり、表面６８はこの実施例の装置で同一時間だけスパッタリングを行った場合に相当する。
同図から明らかなように、実施例によればターゲット１５の表面の全体に亘ってより大きくエロージョンを受けていると共に、全体的に均一にエロージョンが進行している。
【実施例３】
【００２４】
図６はこの実施例装置の概略的構成を示す断面図である。
この実施例で用いられるターゲット１５は円板状であり、磁界形成部７０は、ターゲット１５のほぼ１／２の直径からなる円板状のヨーク７１と、そのヨーク７１の中央に立設固定せしめられた柱状の永久磁石７２と、その永久磁石７２のを囲む態様でヨーク７１の外周部に固定せしめられた環状の永久磁石７３とからなり、永久磁石７２と永久磁石７３におけるターゲット保持部１６bとの対向側はそれぞれＮ極とＳ極になっている。
ここに、永久磁石７２と永久磁石７３は、永久磁石７２の上面での磁界強度の平均値をＨ31、永久磁石６２の上面の面積をＳ31、永久磁石７３の上面での磁界強度の平均値をＨ32、永久磁石７３の上面の面積をＳ32とした場合に、Ｈ31＊Ｓ31＞Ｈ32＊Ｓ32の関係が成立するように着磁されており、また、各永久磁石７２，７３の上面は共通の仮想傾斜面で切断した態様の傾斜面になっている。
【００２５】
そして、磁界形成部７０のヨーク７１の下面の中心には回転軸７４が連結されていると共に、その回転軸７４は回転台７５によって軸支されており、更にその回転台７５はカソード筐体１６ほぼ中央に垂直に軸支された回転軸７６によって固定支持されている。
また、前記軸支機構には遊星歯車機構が組み込まれており、回転軸７６の中心軸を中心にして太陽歯車７７が固定されていると共に、その太陽歯車７７と歯合する遊星歯車７８が回転台７５を貫通した回転軸７４の端部に取り付けられており、回転軸７６を回転させることによって、磁界形成部７０全体が回転軸７４を中心に自転しながら回転軸７６を中心に公転する機構（以下、「自転・公転機構」という）が構成されている。
【００２６】
この実施例装置によれば、前記のように、各永久磁石７２，７３の上面での磁界強度が異なっていること、及び各永久磁石７２，７３の上面が仮想傾斜面によって切断された態様の構成になっていることから、磁界形成部７０によって形成される磁界は磁力線が外周側へ偏った状態になっており、永久磁石７３におけるターゲット１５に近い方の上面側に形成される磁界は磁界形成部７０のより内側にずれて形成され、ターゲット１５に遠い方の上面側に形成される磁界は磁界形成部７０のより外側にずれて形成される。
従って、図７（磁界形成部７０の支持機構と自転・公転機構の平面図）に示すように、回転軸７６が回転せしめられて磁界形成部７０が自転・公転すると、前記磁界もターゲット１５の表面上を自転・公転し、ターゲット１５の表面のエロージョン領域は自転で拡がると共に、公転によって更に全体的に一層拡がることになり、ターゲット１５の表面全体により均一なエロージョンを行える。
即ち、前記磁界中の各点についてみると、それぞれが異なるサイクロイド曲線状の軌跡を描いてターゲット１５の表面を移動してゆき、時間の経過に伴う各点の軌跡の集合によってターゲット１５の表面全体に均一にプラズマ収束領域が形成されることになる。
但し、この実施例においては、前記磁界中の各点が常に同一の軌跡を描くとターゲット１５の表面上に前記磁界が通過しない領域ができる場合があるため、太陽歯車７７と遊星歯車７８の各モジュールを適宜設定することにより、前記の自転と公転の回転数の比率は整数倍にならないようにすることが望ましい。
【００２７】
そして、この実施例装置による場合のターゲット１５のエロージョン状態は図８に示すようになる。
この実施例でのターゲット１５の表面７９は、実施例１や実施例２における図３や図５のエロージョン状態（６７，６８）と比較しても、全体的に更に平坦化されており、この実施例装置によればターゲット利用効率をより向上させることができる。
尚、この実施例では、各永久磁石７２，７３の上面が共通の仮想傾斜面で切断した態様の傾斜面になっているとしたが、必ずしもそのような共通の傾斜条件になっている必要はなく、各永久磁石７２，７３の間の磁界がターゲット１５の表面に対して傾斜した態様で現われる条件を満たしていればよい。
【００２８】
前記のように、この実施例では磁界形成部７０の支持機構と自転・公転機構の組み合わせによって磁界形成部７０を自転させながら公転させているが、磁界形成部の構成と回転軸７４への取り付け方については次のような様々な変形例が考えられる。
図９、図１０、及び図１１は各変形例に係る磁界形成部を適用した装置の概略的構成を示す断面図である。
先ず、図９の変形例に係る磁界形成部８０は、円板状のヨーク８１と柱状の永久磁石８２と環状の永久磁石８３とからなること、及び永久磁石８２と永久磁石８３に係る磁界強度と磁極面の面積に係る条件に関しては、前記図６の場合と同様であるが、各永久磁石８２，８３が同一の高さである点、及び永久磁石８２が環状の永久磁石８３の中心位置からずれた位置に固定されている点において相違している。
図１０の変形例に係る磁界形成部８５は、各永久磁石８７，８８の形態及び磁界強度と磁極面の面積に係る条件は前記変形例（図９）の場合と同様であるが、永久磁石８７を環状の永久磁石８８の中心位置からずらさずに中心に固定している点、及び回転軸７４に対してヨーク８６を所定角度だけ傾斜させて取り付けることにより磁界形成部８５全体を傾斜させた状態で自転・公転させる点において相違している。
図１１の変形例に係る磁界形成部９０は、図９と図１０の変形例とを組み合わせたものに相当し、永久磁石９２を環状の永久磁石９３の中心位置からずれた位置に固定すると共に、回転軸７４に対してヨーク９１を所定角度だけ傾斜させて取り付けてある。
【００２９】
これらの各変形例においても、図６の場合と同様に、磁界形成部８０，８５，９０がターゲット１５の表面上に不均衡な条件で磁界を形成させ、且つ磁界形成部８０，８５，９０はその支持機構と自転・公転機構によって自転しながら公転せしめられるため、磁界によって構成されるプラズマ収束部がターゲット１５の表面全体に構成されてゆくことになる。
【実施例４】
【００３０】
図１２はこの実施例装置の概略的構成を示す断面図である。
先ず、この実施例で用いられるターゲット１５は円板であるか方形板であるかを問わず、磁界形成部１００はターゲット１５の平面形状に対応させて用意され、ターゲット１５が円板の場合には図１３（Ａ）のタイプが、方形板の場合には図１３（Ｂ）のタイプが適用される。
【００３１】
この実施例の磁界形成部１００は、ターゲット１５に対応する形状とサイズを有する平板状のヨーク１０１に対して、その中央領域に柱状の永久磁石１０２を、外縁領域に環状の永久磁石１０３を、それらの各永久磁石１０２，１０３の間に更に環状の永久磁石１０４を配置させて固定したものである。
また、各永久磁石１０２，１０３，１０４のターゲット保持部１６bとの対向側の極性は、中間に位置する永久磁石１０４が他の永久磁石１０２，１０３と異なる極性とされ、この実施例では、永久磁石１０２，１０３がＮ極に、永久磁石１０４がＳ極になっている。
更に、それらの永久磁石１０２，１０３，１０４は、永久磁石１０４の上面での磁界強度の平均値をＨ41、永久磁石１０４の上面の面積をＳ41、各永久磁石１０２，１０３の上面での磁界強度の平均値をＨ42、各永久磁石１０２，１０３の上面の面積和をＳ42とした場合に、Ｈ41＊Ｓ41＞Ｈ42＊Ｓ42の関係が成立するように着磁されている。
【００３２】
従って、図１２及び図１３に示すように、永久磁石１０２と永久磁石１０４の間及び永久磁石１０３と永久磁石１０４の間にそれぞれ磁界が形成され、ターゲット１５の表面上では２つの環状領域に磁界が構成されることになるが、前記の磁界強度の関係によって、永久磁石１０２と永久磁石１０４の間の磁界は永久磁石１０２の中心側に偏った状態になり、永久磁石１０３と永久磁石１０４の間の磁界は外周側へ偏った状態になる。
そして、特許文献３（図２２）や実施例２の場合と比較して、たとえターゲット面積が大きな場合であっても、各永久磁石１０２，１０３，１０４が接近して配置されているためにターゲット１５側に形成される磁界は適切に閉ループを描き、マグネトロン放電が可能な２重のプラズマ収束領域が構成できる。
【００３３】
その結果、ターゲット１５の表面上に形成された２つの環状磁界の広い領域で強いエロージョンが発生し、ターゲット１５のエロージョン状態は図１４のようになる。
ここに、凹部１０５，１０６はそれぞれ２つの環状磁界の中で最も強いエロージョンを受けた部分であり、ターゲット１５の表面には前記の各実施例の場合と比較して大きい凹凸の変化があるが、ターゲット１５が侵食を受けるに伴って各永久磁石１０２，１０３，１０４の上面とターゲット１５の面の距離が小さくなってプラズマ収束領域が少しずつ移動したことにより、全体としてみればエロージョンの平均化も図れており、結果的にスパッタリング効率とターゲット利用効率を向上させることができている。
【００３４】
尚、磁界形成部１００の永久磁石の磁界強度を前記のような不均衡な関係にしない場合には、ターゲット面上におけるプラズマの最収束領域の位置は各永久磁石の上面とターゲットの面の距離に関係なく一定であるためにエロージョン領域が殆ど移動せず、図１５に示すように局部的にのみエロージョンが進行した状態となる。
即ち、局部的な環状領域だけでエロージョンが進行して狭い溝１０５'，１０６'が形成されるだけであり、スパッタリング効率とターゲット利用効率は著しく悪いものになる。
【実施例５】
【００３５】
図１６はこの実施例装置の概略的構成を示す断面図である。
同図から明らかなように、この実施例装置における磁界形成部１００の構成は実施例４のものと同様であるが、ヨーク１０１の下側面に取り付けた支持棒１１１によって磁界形成部１００全体を上下方向へ移動させることができるようになっている。即ち、実施例４の磁界形成部１００に対して上記特許文献３の方式を適用している。
【００３６】
磁界形成部１００の上下方向への移動によって、永久磁石１０４と各永久磁石１０２，１０３との間に形成された磁界におけるターゲット１５の表面上にプラズマ収束領域を構成する環状部分１１６，１１７が移動することは上記特許文献３の場合と同様である。
この実施例においては、実施例４において説明したように、永久磁石１０２と永久磁石１０４の間の磁界は永久磁石１０２の中心側に偏った状態になり、永久磁石１０３と永久磁石１０４の間の磁界は外周側へ偏った状態になっているため、図１７（Ａ）のように磁界形成部１００が上昇せしめられると、環状部分１１６は外側寄りへ、環状部分１１７は内側寄りへそれぞれ移動し、図１７（Ｂ）のように磁界形成部１００が下降せしめられると、逆に、環状部分１１６は外側寄りへ、環状部分１１７は内側寄りへそれぞれ移動する。
【００３７】
従って、磁界形成部１００の昇降に伴う環状部分１１６，１１７の移動によってターゲット１５のエロージョン領域が拡大し、結果的に、図１８に示すようなエロージョン状態が得られる。
同図と図１４とを比較すると、凹凸は残っているものの、能動的にプラズマの最収束領域の位置を移動させているため、実施例４における凸部１１８に相当した部分に対するエロージョンが進行していると共に、外周部１１９，１２０のエロージョンも大きくなっているためにより平坦な面が得られており、スパッタリング効率とターゲット利用効率の更なる改善が図られていることが理解できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、薄膜成形等に利用されるマグネトロンスパッタリング装置において、スパッタリング効率とターゲット利用効率の改善を図るために適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は磁界形成部が揺動せしめられた際の磁界とターゲットとの関係を示す模式図、（Ｄ）は磁界形成部の平面図である。
【図３】実施例１の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図４】実施例２のマグネトロンスパッタリング装置において、磁界形成部が揺動せしめられた際の磁界とターゲットとの関係を示す模式図である。
【図５】実施例２の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図６】実施例３に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図７】実施例３の装置における磁界形成部の支持機構と自転・公転機構の部分の平面図である。
【図８】実施例３の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図９】実施例３の変形例に係る装置の概略的構成を示す断面図である。
【図１０】実施例３の変形例に係る装置の概略的構成を示す断面図である。
【図１１】実施例３の変形例に係る装置の概略的構成を示す断面図である。
【図１２】実施例４に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図１３】（Ａ）は円板状のターゲットに適用される磁界形成部の平面図であり、（Ｂ）は方形状のターゲットに対して適用される磁界形成部の平面図である。
【図１４】実施例４の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図１５】実施例４の装置において磁界形成部の永久磁石間の磁界を不均衡にしない状態でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図１６】実施例５に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図１７】実施例５の装置において磁界形成部を上下させた際の磁界とターゲットとの関係を示す模式図である。
【図１８】実施例５の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図１９】従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図２０】図１９の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図２１】特許文献２に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図２２】特許文献３に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略的構成を示す断面図である。
【図２３】特許文献２の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【図２４】特許文献３の装置でスパッタリングを行った場合のターゲットのエロージョン状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…真空チャンバ、１０a…カソードシールド部、１１…排気口、１２…ガス導入路、１２a…流量調節弁、１３…基板、１４…アノード電極、１５…ターゲット、１６…カソード筐体、１６a…筒部、１６b…ターゲット保持部、１７…絶縁材、１８…インピーダンス整合器、１９…高周波電源、２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，８５，９０，１００…磁界形成部、２１，４１，５１，６１，７１，８１，８６，９１，１０１…ヨーク、２２，２３，２４，４２，４３，５２，５３，５４，６２，６３，６４，７２，７３，８２，８３，８７，８８，９２，９３，１０２，１０３，１０４…永久磁石、２５，２６…侵食部分，３１，７５…回転台、３５，４５…中央部分、３６…周縁部分、３７…中間部分、５５，６５…孔、５６…揺動駆動装置、５７，５８…縁部領域、５９…中央領域、６７，６８，７９…ターゲットの表面、７４，７６…回転軸、７７…太陽歯車、７８…遊星歯車、１０５，１０６…凹部、１０５'，１０６'…溝、１１１…支持棒、１１６，１１７…プラズマ収束領域を構成する環状部分、１１８…凸部、１１９，１２０…外周部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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